Бюджетные Wi-Fi-/Bluetooth-модули от Espressif: руководство по выбору

16 апреля 2019

В последнее время создание беспроводных приложений значительно упростилось благодаря появлению на рынке готовых модулей с поддержкой наиболее популярных беспроводных интерфейсов. Одним из лидеров в этом направлении является компания Espressif Systems, которая предлагает удобные и недорогие микросхемы и модули с поддержкой Wi-Fi и Bluetooth.

Рынок беспроводных решений стремительно растет. Беспроводные технологии применяются в быту, в медицине, на производстве, в торговле. Это стало возможным благодаря двум факторам. Если совсем недавно для создания Wi-Fi- или Bluetooth-устройства разработчику приходилось начинать все с нуля и использовать «голую» микросхему приемопередатчика, то теперь к его услугам предлагаются не только чипы, но и готовые модули. Такие модули содержат в своем составе все необходимое для реализации беспроводного канала, что существенно упрощает процесс разработки. С другой стороны, упрощение разработки значительно повысило интерес к беспроводным технологиям со стороны широкого круга пользователей. Причем речь идет не только о профессиональных разработчиках, но и о радиолюбителях.

Сейчас на рынке беспроводных встраиваемых решений присутствует несколько крупных игроков, которые  выпускают широкий спектр беспроводных микросхем и модулей с поддержкой различных беспроводных стандартов, в том числе Wi-Fi или Bluetooth. При использовании продукции этих компаний разработчики получают множество преимуществ:

• доступ к надежному каналу поставки, поскольку разработчику не нужно волноваться, что производитель внезапно пропадет, и возникнет дефицит используемых компонентов;
• доступ к богатому выбору средств разработки и отладки: отладочным платам, средам разработки, библиотекам, типовым решениям и прочему;
• отличная информационная поддержка: статьи, публикации, инженерные сообщества, типовые схемы и так далее.

Вместе с тем, на рынке присутствуют и менее известные производители, которые специализируются именно на беспроводных встраиваемых решениях и могут предложить разработчикам такой же высокий уровень комфорта, но за меньшие деньги. В качестве примера можно привести компанию Espressif Systems.

Компания Espressif Systems была основана еще в 2008 году в Китае, и только после пяти лет упорной работы представила первую беспроводную SoC-микросхему для Wi-Fi-приложений – ESP8089. Уже в следующем году компания выпустила Wi-Fi-микросхему ESP8266EX, которая стала чрезвычайно популярной среди разработчиков. В 2016 году, закрепляя успех, компания Espressif Systems представила новое флагманское семейство ESP32, которое стало одним из первых интегрированных решений с одновременной поддержкой Wi-Fi и Bluetooth. Таким образом, за десять лет компания выросла из небольшого стартапа до многонационального пионера IoT в полупроводниковой промышленности и за период с 2014 по 2018 год выпустила более 100 миллионов чипов.

Среди преимуществ продукции Espressif Systems можно отметить:

• широкий выбор беспроводных микросхем и готовых модулей с поддержкой Wi-Fi и Bluetooth;
• малую стоимость и отсутствие наценки за раскрученность бренда;
• 12-летнюю гарантию выпуска. Этот пункт особенно важен для производителей промышленного оборудования;
• доступность на российском рынке;
• наличие широкого спектра отладочных плат;
• бесплатные программные средства разработки;
• богатый выбор библиотек и готовых решений в сети.

Для промышленного оборудования крайне важно, чтобы комплектующие имели гарантированный длительный жизненный цикл. Это касается и электроники. Компания Espressif официально гарантирует для своей продукции следующие жизненные циклы:

• микросхемы ESP8266 – 12 лет, начиная с 1-го января 2014 года;
• модули на базе ESP8266– 12 лет, начиная с 1-го января 2014года;
• отладочные платы для ESP8266 – 12 лет, начиная с 1-го января 2014 года;
• ESP8285 – 10лет, начиная с 1-го января 2016 года;
• микросхемы ESP32 – 12лет, начиная с 1-го января 2016 года;
• модули на базе ESP32 – 12 лет, начиная с 1-го января 2016 года;
• отладочные платы для ESP32 – 12 лет, начиная с 1-го января 2016 года.

Исходя из этих данных, разработчики могут выбирать длительность жизненного цикла своих устройств.

Беспроводные SoC-микросхемы производства Espressif Systems

В настоящее время компания Espressif Systems выпускает два типа интегральных беспроводных SoC-микросхем:

• чипы ESP8266 и ESP8285 с поддержкой Wi-Fi;
• семейство ESP32 с одновременной поддержкой Wi-Fi и Bluetooth.

Все микросхемы поставляются в корпусном исполнении QFN 5×5 мм, за исключением чипа ESP32-D0WDQ6, который имеет корпусное исполнение QFN 6×6 мм (рисунок 1).

Рис. 1. Беспроводные микросхемы Espressif Systems поставляются в корпусном исполнении QFN 5×5 мм или QFN 6×6 мм

Между собой микросхемы отличаются типом процессора, объемом встроенной Flash-памяти, набором периферии и диапазоном питающих напряжений. Для наглядности в таблице 1 представлены основные отличительные особенности каждого из чипов.

Таблица 1. Сравнительная таблица интегральных беспроводных микросхем Espressif Systems

Wi-Fi-микросхема ESP8266 была выпущена на рынок в 2014 году и стала первым крупным успехом компании Espressif Systems. ESP8266 может работать в качестве самостоятельного беспроводного Wi-Fi-контролера либо выступать в роли Wi-Fi-адаптера для управляющего процессора.

ESP8266 представляет собой систему-на-кристалле (SoC или СнК), которая состоит из двух основных доменов: высокочастотного и цифрового (рисунок 2).

Рис. 2. ESP8266 состоит из двух доменов: высокочастотного и цифрового

ВЧ-домен включает модуляторы, генераторы, согласующий трансформатор, силовой ключ и схемы фазовой автоподстройки частоты. Таким образом, практически все необходимые элементы для создания беспроводного Wi-Fi-канала, за исключением антенны, уже присутствуют в составе ESP8266. Характеристики приемника и передатчика Wi-Fi представлены в таблице 1.

Цифровой домен ESP8266 построен на базе 32-битного RISC-процессора Tensilica L106 с рабочей частотой до 160 МГц. Процессор взаимодействует с памятью и периферией с помощью трех шин: iBus, dBus и AHB. На борту у ESP8266 присутствует 160 кбайт ОЗУ.

При работе под управлением внешнего контроллера взаимодействие с ESP8266 производится с помощью интерфейса UART или SPI/SDIO. Если предполагается, что ESP8266 будет работать автономно, то для хранения пользовательской программы потребуется внешняя Flash, которая подключается по SPI. При этом существует возможность использования не только микросхем памяти Single-SPI, но и Double-SPI, а также Quad-SPI. Максимальный объем внешней Flash-памяти составляет 16 Мбайт.

При автономной работе большим плюсом ESP8266 является встроенная периферия:

• 17 портов ввода-вывода;
• коммуникационные интерфейсы (UART/SDIO/SPI/I²C/I²S);
• четыре канала ШИМ;
• контроллер инфракрасного канала связи (IR);
• одноканальный 10-битный АЦП.

Создатели ESP8266 четко понимали, что одной из важнейших проблем, стоящих перед разработчиками беспроводных устройств, является снижение потребления. При питании от аккумулятора важно обеспечить малое среднее потребление и максимально широкий диапазон напряжений питания. Микросхема ESP8266 способна работать с напряжением питания 2,5…3,6 В. Для уменьшения потребления предлагается использовать различные режимы:

• Active – активный режим, в котором общее потребление в первую очередь зависит от потребления ВЧ-домена;
• Modem-sleep – режим, в котором процессорное ядро остается активным, а Wi-Fi выключается при отсутствии обмена данными (с сохранением соединения). Типовое потребление – 15 мА;
• Light-sleep – спящий режим, в котором процессор и Wi-Fi периодически включаются и выключаются: сон в течение 300 мс, далее 3 мс бодрствования. Типовое потребление – 0,9 мА;
• Deep-sleep– режим глубокого сна, в котором передача сообщений по Wi-Fi производится крайне редко. В промежутках сна блок Wi-Fi полностью отключен. Типовое потребление – 20 мкА;
• Shut down – режим ожидания с полным отключением питания. Типовое потребление – 0,5 мкА.

С момента начала выпуска микросхема ESP8266 нашла применение в самых различных областях: в бытовой технике и автоматике, системах умного освещения и промышленной автоматики, в автономных датчиках, пультах управления, системах безопасности, игрушках и так далее.

Wi-Fi-микросхема ESP8285 – является своего рода модернизацией микросхемы ESP8266. Функционал и структурная схема ESP8285 в общих чертах остались без изменения: те же возможности Wi-Fi и то же процессорное ядро. Однако есть несколько важных отличий.

В первую очередь стоит отметить, что в составе ESP8285 появилась встроенная Flash-память объемом 1 Мбайт для хранения пользовательской программы. При этом для связи с Flash используется Dual-SPI. Такой подход явно ориентирован на создание сверхкомпактных решений с дефицитом свободного места, в которых нет возможности размещения внешней микросхемы памяти. Кроме того, уменьшение занимаемой площади и сокращение числа компонентов позволяет снизить стоимость конечного устройства.

По сравнению с ESP8266, периферия ESP8285 не претерпела изменений.

Потребление ESP8285 также осталось на уровне ESP8266, однако диапазон питающих напряжений сузился до 2,7…3,6 В. Это стоит иметь в виду.

Области применения для ESP8285 те же, что и у ESP8266.

Семейство Wi-Fi-/Bluetooth-микросхем ESP32. После волны популярности ESP8266 компания Espressif Systems решила закрепить успех и выпустила целое семейство новых беспроводных микросхем – ESP32. В первую очередь отметим, что микросхемы ESP32 поддерживают сразу два самых популярных беспроводных протокола: Wi-Fi и Bluetooth. Кроме того, благодаря переходу на технологический процесс 40 нм, удалось существенно увеличить степень интеграции, расширить функционал и снизить потребление.

При анализе структуры ESP32 можно увидеть все те же два основных домена: цифровой и высокочастотный (рисунок 3). Однако состав доменов существенно изменился. Появился встроенный Bluetooth-контроллер и сопутствующие ему блоки. ESP32 поддерживает Bluetooth v4.2 BR/EDR, а также BLE. Характеристики Wi-Fi примерно соответствуют показателям ESP8266. Характеристики Bluetooth представлены в таблице 1.

Рис. 3. Блок-схема микросхем ESP32

Еще больше изменений можно наблюдать в структуре цифрового домена.

• В микросхемах ESP32 используется новый одно- или двухъядерный 32-битный процессор Xtensa® LX6 с максимальной рабочей частотой до 240 МГц (у ESP32-S0WD и ESP32-D2WD – 160 МГц). Особенностями нового процессора являются:
  • 16/24-битный набор инструкций;
  • поддержка вычислений с плавающей точкой;
  • поддержка DSP-инструкций (например, 32-битное умножение, 32-битное деление, 40-битное умножение с накоплением);
  • 32 вектора прерываний от 70 источников;
  • отладка посредством JTAG.
• Помимо центрального процессора в составе ESP32 присутствует дополнительный малопотребляющий сопроцессор ULP, который берет на себя управление системой в режимах пониженного потребления.
• В ESP32 значительно расширился объем встроенной памяти:
  • 448 кбайт ПЗУ, в которой хранится функциональная прошивка модуля;
  • 520 кбайт ОЗУ общего назначения;
  • 8 кбайт ОЗУ RTC FAST Memory. Эта память может быть использована основным процессором для хранения данных, а также при пробуждении из режима Deep-sleep mode;
  • 8 кбайт ОЗУ RTC SLOW Memory. Эта память может быть использована сопроцессором ULPв режиме Deep-sleep mode;
  • 1 кбит eFuse: 256 бит используются для системных нужд (MAC-адрес и конфигурация системы), еще 788 бит могут использоваться по усмотрению пользователя;
  • 2 Мбайт встроенной Flash (только у ESP32-D2WD).

Кроме того, память ESP32 может быть расширена за счет внешних микросхем ОЗУ (до 4 Мбайт SRAM) и Flash (до 16 Мбайт).

• По сравнению с ESP8266, разнообразие и возможности периферийных блоков в ESP32 существенно расширились:
  • 34 порта ввода-вывода;
  • четыре 64-битных таймера с 16-битным делителем;
  • три сторожевых таймера;
  • часы реального времени со встроенной памятью;
  • Кроме «традиционных» интерфейсов UART/SDIO/SPI/I²C/I²S, появилась поддержка CAN 0 и Ethernet MAC (с IEEE 1588);
  • разрядность АЦП возросла до 12 бит, а число каналов – до 18;
  • два 8-битных ЦАП;
  • 10 сенсорных каналов для создания слайдеров, сенсорных кнопок и прочего;
  • датчик Холла;
  • каналы ШИМ для управления электродвигателями;
  • 16 независимых ШИМ-генераторов для управления светодиодами;
  • контроллер инфракрасного канала (IR);
  • аппаратные ускорители AES, SHA, RSAи ECC.

Необходимо отдельно сказать о потреблении ESP32. По сравнению с ESP8266 диапазон питающих напряжений был расширен до 2,3…3,6 В. Кроме того, разнообразие рабочих режимов существенно возросло, что дает разработчикам больше пространства для маневра.

Потребление в активном режиме по-прежнему зависит от работы беспроводных интерфейсов (таблица 2). Потребление ESP32 в режиме Modem-sleep зависит от числа процессорных ядер и рабочей частоты (таблица 3). Режим Deep-sleep разделен на три подрежима, которые отличаются состоянием и активностью малопотребляющего ULP-сопроцессора. Режим Hibernation подразумевает отключение всех блоков микросхемы за исключением RTC. Это самый малопотребляющий режим ESP32, в нем питающий ток составляет всего 5 мкА. Стоит напомнить, что в микросхемах ESP8266 самым экономным режимом был Deep-sleep с потреблением 20 мкА.

Таблица 2. Типовое потребление ESP32 в активном режиме

Таблица 3. Типовое потребление ESP32 в режимах пониженного потребления

Важной задачей при создании современных беспроводных систем становится безопасность. Огромным плюсом ESP32 является наличие аппаратных блоков шифрования AES, SHA, RSA и ECC. Как известно, кодирование является достаточно затратным мероприятием с точки использования вычислительных ресурсов процессора. Благодаря встроенным криптографическим ускорителям центральный процессор ESP32 освобождается от рутинных операций и может заниматься чем-то более полезным.

В настоящий момент семейство ESP32 объединяет четыре модели:

• ESP32-D0WD – модель с двухъядерным 32-битным процессором Xtensa® LX6 с максимальной рабочей частотой до 240 МГц и пиковой производительностью 600 DMIPS. Встроенная Flash отсутствует. Корпус QFN48 5×5 мм. Выходной импеданс Wi-Fi – 35 +j10 Ом.
• ESP32-D0WDQ6 – модель с двухъядерным 32-битным процессором Xtensa® LX6 с максимальной рабочей частотой до 240 МГц и пиковой производительностью 600 DMIPS. Встроенная Flash отсутствует. Корпус QFN48 6×6 мм. Выходной импеданс Wi-Fi – 30 +j10 Ом.
• ESP32-D2WD– модель с двухъядерным 32-битным процессором Xtensa® LX6 с максимальной рабочей частотой до 160 МГц и пиковой производительностью 400 DMIPS. Встроенная Flash 2 Мбайт. Корпусное исполнение QFN48 5×5 мм. Выходной импеданс Wi-Fi – 30 +j10 Ом.
• ESP32-S0WD – модель с одноядерным 32-битным процессором Xtensa® LX6 с максимальной рабочей частотой до 160 МГц и пиковой производительностью 200 DMIPS. Встроенная Flash отсутствует. Корпусное исполнение QFN48 5×5 мм. Выходной импеданс Wi-Fi – 30 +j10 Ом.

Благодаря расширению функционала и появлению поддержки Bluetooth перечень приложений для ESP32 стал еще более разнообразным, чем у ESP8266: IoT-хабы, камеры наблюдения, аудиоприложения и так далее.

Микросхемы ESP8266/ESP8285/ESP32 отличаются высоким уровнем интеграции и объединяют на одном кристалле огромное число блоков и элементов. Тем не менее, это не освобождает разработчиков от необходимости использования внешних компонентов. Так, например, для подключения ESP32 потребуется около 20 внешних компонентов. К этому стоит прибавить необходимость трассировки печатной платы. Таким образом, для разработчиков, далеких от проектирования ВЧ-устройств, более простым способом организации беспроводного канала Wi-Fi или Bluetooth будет выбор готовых модулей. Для удобства в таблице 4 представлены модули и отладочные наборы, соответствующие микросхемам, рассмотренным выше. О самих модулях речь пойдет в следующем разделе.

Таблица 4. Соответствие между модулями и беспроводными микросхемами Espressif Systems

Готовые беспроводные решения от Espressif Systems

Готовые беспроводные модули – идеальное решение для радиолюбителей, начинающих разработчиков, а также для коммерческих и прочих приложений, требующих быстрого выхода на рынок с минимальными затратами на разработку. Компания Espressif Systems предлагает широкий выбор Wi-Fi- и Wi-Fi-/Bluetooth-модулей (таблица 5). Функционал модулей в первую очередь определяется используемой беспроводной микросхемой. Кроме того, модули отличаются объемом Flash и ОЗУ, а также типом антенны. Дадим краткую характеристику каждому из них.

Таблица 5. Готовые беспроводные модули от Espressif Systems

ESP32-PICO-D4 – единственный корпусной модуль «микросхемного» типа (рисунок 4). В отличие от рассмотренных выше SoC-микросхем, модуль ESP32-PICO-D4 представляет собой SiP-микросхему. То есть элементы в модуле размещены не на одном, а на разных кристаллах. В состав ESP32-PICO-D4 входят все те же компоненты, что и в SoC ESP32, в том числе двухъядерный процессор, память и периферия, однако к этому добавлена память Flash объемом 4 Мбайт, развязывающие конденсаторы, фильтрующие индуктивности, двунаправленный защитный TVS-диод и кварцевый резонатор 40 МГц. Модуль имеет корпусное исполнение QFN-48 с размерами 7x7x0,94 мм.

Рис. 4. SiP-микросхема ESP32-PICO-D4

ESP32-PICO-D4 позволяет сократить перечень используемых компонентов и значительно уменьшить место, занимаемое на печатной плате. Это может быть весьма полезным для мобильных приложений с жестким дефицитом свободного места.

Группа Wi-Fi-модулей на базе микросхемы ESP8266 объединяет четырех представителей (рисунок 5).

ESP-WROOM-02 – базовый модуль с печатной антенной 2 дБ и дополнительной памятью SPI-Flash объемом 2 Мбайт. Модуль имеет габариты 18x20x2,80 мм и предназначен для поверхностного монтажа. Диапазон рабочих температур -40…85ºС.

ESP-WROOM-02D – модуль, который отличается от ESP-WROOM-02 наличием оптимизированного ВЧ-тракта. Если в ESP-WROOM-02 используется согласующая цепочка типа CCL, то в ESP-WROOM-02D на выходе ANT присутствует согласующая цепочка CLC. Габариты ESP-WROOM-02D были незначительно увеличены: 18x20x3,20 мм. В остальном модули идентичны. Это касается габаритных размеров, объема памяти и температурного диапазона.

ESP-WROOM-02U – модуль, который по своим характеристикам идентичен ESP-WROOM-02D, но имеет два важных отличия:

• вместо печатной антенны появляется FL-разъем;
• габариты модуля оказываются более компактными – 18×14,3×3,20 мм.

При этом стоит отметить аналогичное расположение выводов.

ESP-WROOM-S2 – модуль с печатной антенной, который может выступать в роли ведомого SDIO/SPI с рабочей частотой SPI до 8 Мбит/с. Кроме микросхемы ESP8266, на борту у модуля присутствует SPI-Flash объемом 2 Мбайт. Габариты ESP-WROOM-S2 составляют 16x23x2,80 мм.

Рис. 5. Внешний вид Wi-Fi-модулей на базе микросхемы ESP8266

Группа Wi-Fi-/Bluetooth-модулей на базе микросхемы ESP32 объединяет восемь представителей (рисунок 6).

ESP32-SOLO-1 – Wi-Fi+BT+BLE-модуль, построенный на базе одноядерной микросхемы ESP32-S0WD. Как отмечалось выше, ESP32-S0WD – младший представитель семейства ESP32. Несмотря на это, ESP32-SOLO-1 может применяться в широком спектре приложений – от малопотребляющих датчиков (наиболее оптимальный вариант), до приложений с беспроводной передачей звука.

Микросхема ESP32-S0W работает под управлением freeRTOS и использует стек LwIP.

Данный модуль отличается встроенной печатной антенной, наличием 4 Мбайт SPI-Flash и имеет габариты 18×25,5×3,10 мм.

ESP32-WROOM-32 – базовый модуль, использующий высокопроизводительную микросхему ESP32-D0WDQ6 с двухъядерным процессором и максимальной рабочей частотой до 240 МГц. Микросхема ESP32-D0WDQ6 работает под управлением freeRTOS и использует стек LwIP.

Модуль имеет 4 Мбайт SPI-Flash и печатную антенну. Благодаря высокой производительности модуль может использоваться в более широком спектре приложений по сравнению с ESP32-S0W. Габариты модуля составляют 18×25,5×3,10 мм. Диапазон рабочих температур -40…85ºС.

ESP32-WROOM-32D – модификация модуля ESP32-WROOM-32 с печатной антенной и оптимизированным ВЧ-трактом. Остальные характеристики остались без изменения, в том числе габариты, объем Flash и диапазон рабочих температур.

ESP32-WROOM-32U – модификация модуля ESP32-WROOM-32D с U.FL-разъемом для подключения внешней антенны. Из-за отсутствия печатной антенны габариты модуля были уменьшены до 18×19,2×3,10 мм.

ESP32-WROVER – беспроводной модуль на базе микросхемы ESP32-D0WDQ6 со значительным объемом дополнительной памяти: 4 Мбайт SPI-Flash и 8 Мбайт SPI-PSRAM. Микросхема ESP32-D0WDQ6 работает под управлением freeRTOS и использует стек LwIP. В модуле используется печатная антенна. Габариты ESP32-WROVER составляют 18×31,4×3,30 мм. Диапазон рабочих температур -40…85ºС.

ESP32-WROVER-I – модификация модуля ESP32-WROVER с разъемом IPEX для подключения внешней антенны (аналог U.FL-разъема).

ESP32-WROVER-B – вариант ESP32-WROVER с оптимизированным ВЧ-трактом.

ESP32-WROVER-IB – модификация модуля ESP32-WROVER-B с разъемом IPEX для подключения внешней антенны.

Рис. 6. Внешний вид Wi-Fi + BT + BLE-модулей на базе микросхемы ESP32

Для того чтобы быстро ознакомиться с возможностями модулей и микросхем Espressif Systems, можно воспользоваться готовыми отладочными наборами.

Отладочные наборы от Espressif Systems

Компания Espressif Systems предлагает различные отладочные наборы, которые помогают максимально быстро ознакомиться с возможностями и особенностями беспроводных микросхем и модулей (таблица 6):

• отладочные наборы для создания Wi-Fi + BT/BLE-устройств на базе микросхем и модулей ESP32;
• отладочные наборы для создания Wi-Fi-устройств на базе микросхем и модулей ESP8266;
• отладочные наборы для создания Wi-Fi + BT/BLE-устройств с датчиками.

Таблица 6. Отладочные наборы для беспроводных модулей и SoC-микросхем Espressif Systems

Дадим краткую характеристику отладочным наборам на базе ESP32 (рисунок 7). Все эти наборы подразумевают питание и подключение к ПК с помощью USB. В качестве альтернативы могут использоваться источники питания 5/3,3 В, подключаемые к штыревым разъемам. Для создания программ предлагается бесплатная среда ESP-IDF.

ESP-EYE – отладочная плата, предназначенная для создания приложений с распознаванием и обработкой звука. ESP-EYE, в частности, может использоваться в различных IoT-устройствах. В состав платы входит беспроводная микросхема ESP32, видеокамера 2 Мп, PSRAM 8 Мбайт, Flash 4 Мбайт. Отладка производится с помощью Micro-USB. Для взаимодействия с пользователем на плате предусмотрены кнопки и светодиоды.

ESP32-PICO-KIT – отладочный набор, позволяющий ознакомиться с возможностями SiP-микросхемы ESP32-PICO-D4. Кроме самой беспроводной микросхемы на плате расположены Flash 4 Мбайт, кнопки, светодиоды, разъем Micro-USB для отладки. Стоит отметить, что данный набор может использоваться как автономно, так и в составе более сложной системы, так как все выводы микросхемы ESP32-PICO-D4 доступны через разъемы, расположенные по бокам платы.

ESP-WROVER-KIT – отладочная плата, предназначенная для создания высокопроизводительных устройств на базе модулей ESP32-WROVER. Плата отличается богатым набором периферии: LCD, RGB-светодиоды, Micro SD Card, разъем для подключения камеры, по 4 Мбайт Flash и PSRAM. Для загрузки и отладки программ предлагается использовать JTAG. Подключение по USB осуществляется с помощью моста USB-UART FT2232HL.

Возможности ESP-WROVER-KIT могут быть расширены за счет подключения дополнительных внешних устройств.

ESP-WROVER-KIT-VB – аналог платы ESP-WROVER-KIT, но с модулем ESP32-WROVER-B.

ESP32-DevKitC – набор начального уровня для работы с семейством модулей ESP32-WROOM. Существуют исполнения отладочной платы для модулей ESP32-WROOM-32, ESP32-WROOM-32D, ESP32-WROOM-32U, ESP32-SOLO-1, ESP32-WROVER-B, ESP32-WROVER-IB. Плата имеет минимальный набор дополнительных элементов: 4 Мбайт Flash, кнопки, светодиоды, разъем Micro-USB для отладки.

ESP32-LyraTD-MSC – отладочная плата для создания аудиоприложений на базе модулей ESP32-WROVER. Плата поддерживает различные аудиоформаты: AAC, FLAC, OPUS и OGG. Она также может работать с DuerOS и с сервисом Alexa Voice Service от Amazon.

ESP32-LyraT – еще одна отладочная плата для аудиоприложений на базе модулей ESP32-WROVER. Данная плата представляет собой практически готовое решение для производительных и беспроводных аудиоустройств.

Рис. 7. Отладочные наборы для создания Wi-Fi + BT/BLE-устройств на базе микросхем и модулей ESP32

В настоящий момент отладочные наборы для Wi-Fi-микросхем и модулей на базе ESP8266 представлены двумя платами (рисунок 8): ESP-Launcher и ESP8266-DevKitC.

ESP-Launcher – отладочный набор начального уровня с ограниченным набором периферии (4 Мбайт SPI-Flash + 4 Мбайт HSPI-Flash, кнопки, светодиоды, разъем Micro-USB для отладки). Тем не менее, стоит отметить, что все выводы ESP8266 соединены с внешними колодками, что позволяет расширить функционал отладочной платы по желанию пользователя.

ESP8266-DevKitC – отладочный набор начального уровня для ознакомления и работы с модулями ESP-WROOM-02D и ESP-WROOM-02U.

Рис. 8. Отладочные наборы для Wi-Fi-микросхем и модулей на базе ESP8266

Так как одним из целевых сегментов для микросхем и модулей Espressif являются датчики и сенсорные приложения, то в отдельную группу стоит отнести специализированные отладочные платы с датчиками и сенсорными кнопками (рисунок 9):

• ESP32-Sense Kit – отладочный набор для создания сенсорных приложений на базе ESP Данный набор состоит из материнской платы и нескольких плат расширения. На материнской плате расположены все основные элементы: беспроводная микросхема, ЖК-индикаторы, разъемы и прочее. На платах расширения реализованы различные сенсорные кнопки и элементы управления, в частности – линейные и кольцевые слайдеры.
• ESP32-MeshKit-Sense – отладочный набор для создания автономных датчиков на базе модулей ESP Кроме беспроводного модуля на борту у платы присутствуют различные датчики: температуры, давления, влажности. Так как речь идет о малопотребляющих устройствах, то очень полезной функцией платы становится возможность измерения собственного потребления беспроводного модуля в различных режимах работы.

Рис. 9. Отладочные наборы для создания Wi-Fi + BT/BLE-устройств с датчиками

Рис. 10. Отладчик ESP-Prog

Отдельно нужно сказать об отладчике ESP-Prog, который необходим для программирования и отладки беспроводных микросхем и модулей производства Espressif (рисунок 10). В отладчике применяется USB/UART-мост FT2232HL. При этом для отладки ESP32 используется JTAG, а для ESP8266 – последовательный интерфейс.

Дополнительные материалы

1. КОМПЭЛ — официальный дистрибьютор продукции Espressif
2. Старт складской программы по Wi-Fi/Bluetooth-чипам ESP8266 и ESP32 от Espressif
3. ESP32-PICO-D4 — cамый миниатюрный WiFi-модуль ESP32
4. WiFi-модуль ESP32-SOLO-1 для бюджетных устройств интернета вещей
5. WiFi-модули Espressif ESP32-WROVER для голосовых приложений интернета вещей
6. Бюджетный модуль ESP-WROOM-02 — ваш первый шаг к работе с WiFi
7. ESP32-DevKitC-VB позволит быстро запустить ваше первое WiFi-приложение
8. ESP8266-DevKitC — миниатюрная WiFi-плата для интернета вещей
9. Плата разработчика Espressif ESP32-LyraT для WiFi и аудио-приложений

Заключение

Компания Espressif Systems предлагает широкий выбор беспроводных микросхем и готовых модулей для создания Wi-Fi-устройств, а также – комбинированных Wi-Fi + BT/BLE-устройств. Среди преимуществ продукции Espressif Systems можно отметить малую стоимость, высокую надежность, гарантированный длительный жизненный цикл, что важно для промышленных устройств, наличие доступных отладочных средств и развитую систему информационной поддержки разработчиков: форумы, открытые проекты, доступную документацию и так далее.